通信基本原理介绍

通信基本原理介绍5G使用天线端口来区分空间上的资源。天线端口的定义是从接收机的角度来定义的，即如果接收机需要区分资源在空间上的差别，就需要定义多个天线端口。目前5G下行定义了三类天线端口，分别对应于天线端口序号0~5。小区专用参考信号传输天线端口：天线端口0~3MBSFN参考信号传输天线端口：天线端口4终端专用参考信号传输天线端口：天线端口5天线端口与实际的物理天线端口没有一一对应的关系空域资源——天线端口2ANTPort2ANTPort1频域资源——子载波5G使用正交的子载波来区分频域上的资源，子载波间隔为15KHz或7.5KHz。信道带宽（MHz）1.435101520子载波数目常规载波721803006009001200多播载波144360600120018002400MBMS子载波常规子载波Type1帧结构每个10ms无线帧，分为20个时隙，10个子帧每个子帧1ms，包含2个时隙，每个时隙0.5ms上行和下行传输在不同频率上进行时域资源——5G无线帧4

5G支持两种无线帧结构：Type1，适用于FDD；Type2，适用于TDD5G系统中，利用NFFT=2048的采样周期定义基本时间单元：Ts=1/Fs=1/(15000x2048)秒=32.6ns，

所有时域资源均通过时间单元Ts表示帧结构Type1——FDD

时域资源——5G无线帧5帧结构Type2——TDDType2帧结构：每个10ms无线帧，分为2个长度为5ms的半帧每个半帧由8个长度为0.5ms的时隙和3个特殊区域DwPTS,GP,UpPTS组成(“8+3方案”)DwPTS,GP和UpPTS的总长度等于1ms，其中DwPTS和UpPTS的长度可配置

时域上，每个1ms子帧，分为若干个符号（Symbols），

符号之间有保护间隔CP，每个子帧中符号个数根据符号之间的保护间隔CP决定：常规CP时1ms有14个符号，扩展CP时1ms有12个符号。Uplink-downlinkconfigurationDownlink-to-UplinkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUDConfigurationNormalcyclicprefixExtendedcyclicprefixDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101OFDMsymbols381OFDMsymbols1948321039231121014121372OFDMsymbols5392OFDMsymbols82693917102---8111---“D”代表此子帧用于下行传输，“U”代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms。时域资源——TDD无线帧配比目前子帧配比及后续建议上下行时隙配比2:21:31:31:8（极限速率演示）频段D频段F频段D或E频段D或E频段特殊子帧配置75*77终端能力CAT3CAT4CAT3CAT4CAT3CAT4CAT3CAT4下行理论速率峰值（Mbps）59.5782.3261.2390.4579.98112.4791.02131.61上行理论速率峰值（Mbps）20.4120.4110.2010.2010.2010.205.105.10表1-120MHz带宽、典型时隙配比下的理论峰值速率*目前F频段特殊子帧默认配置5，后续为6。道路实测速率与子帧配比关系频段及时隙配比类别下行平均速率上行平均速率备注D频段

子帧配比2:2

特殊子帧7指标要求>15Mbps>9Mbp2012年中移合同指标>20Mbps>8Mbp2013年中移集团网络部建议指标（尚未正式下发）实测值>22Mbps>12Mbps密集城区所有道路测试结果>30Mbps>14Mbps演示道路/演示公交路线测试结果（演示使用）F频段

子帧配比1:3

特殊子帧5指标要求>15Mbps>9Mbp2012年中移合同上行指标理论上就达不到。

>22Mbps>4Mbps2013年中移集团网络部建议指标（尚未正式下发）实测值>25Mbps>6Mbps密集城区所有道路测试结果>34Mbps>7Mbps演示道路/演示公交路线测试结果（演示使用）表2-1中移DT速率指标及实测值（20MHz带宽）注：非20MHz带宽配置时速率=上表速率*实际配置带宽（MHz）/20UE能力等级UECategoryMaximumnumberofDL-SCHtransportblockbitsreceivedwithinaTTIMaximumnumberofbitsofaDL-SCHtransportblockreceivedwithinaTTITotalnumberofsoftchannelbitsMaximumnumberofsupportedlayersforspatialmultiplexinginDLCategory110296102962503681Category2510245102412372482Category31020487537612372482Category41507527537618270722Category5302752151376366720041:DownlinkphysicallayerparametervaluessetbyUECategory2:UplinkphysicallayerparametervaluessetbyUECategoryUECategoryMaximumnumberofbitsofanUL-SCHtransportblocktransmittedwithinaTTISupportfor64QAMinULCategory15160NoCategory225456NoCategory351024NoCategory451024NoCategory575376Yes5G物理资源分配——RE/RB10子载波间隔CP长度子载波数目符号个数RE个数15KHz常规CP12784扩展CP126727.5KHz常规CP24372资源块概念:一个物理资源块（PRB）由时域上连续的个符号，频域上连续的个子载波组成。其中和由CP类型和子载波间隔决定。RE（ResourceElement）为最小的资源单位，对于每一个天线端口，时域上为一个OFDM或者SC-FDMA符号，频域上为一个子载波RB（ResourceBlock）为业务信道资源分配的资源单位5G物理资源分配——RE/RB图解11REGRBG5G物理资源分配——REG/CCE/RBG12REG（ResourceElementGroup）为控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道，每个REG中包含4个数据RERBG（ResourceBlockGroup）为业务信道资源分配的资源单位，由一组RB组成，分组大小与系统带宽有关CCE（ChannelControlElement）为PDCCH资源分配的资源单位，由9个REG组成。SystemBandwidth（RB）RBGSize

(P)≤10111–26227–63364–1104CCE下行Unicast/MBSFN子帧控制区域OFDM符号数目帧结构类型2中的子帧1和子帧61,2存在MBSFN传输的子帧1,2不存在MBSFN传输的子帧1,2,31、下行Unicast/MBSFN子帧：控制区域与数据区域进行时分，控制区域OFDM符号数目可配置常规子帧：常规子帧由两个时隙组成，包括下行Unicast/MBSFN子帧、下行MBSFN专用载波子帧和上行常规子帧特殊子帧：特殊子帧由三个特殊域组成，分别为DwPTS、GP和UpPTS。2、下行MBSFN专用载波子帧中不存在控制区域3、上行子帧控制区域与数据区域进行频分5G物理资源分配——控制区域与数据区域13信道类型功能PUSCH(PhysicalUplinkSharedChannel)承载上行业务数据PUCCH(PhysicalUplinkControlChannel)承载HARQ信息PRACH(PhysicalRandomAccessChannel)用于UE随机接入时发送preamble信息5G物理信道信道类型功能PDSCH(PhysicalDownlinkSharedChannel)承载下行业务数据PBCH(PhysicalBroadcastChannel)承载广播信息PMCH(PhysicalMulticastChannel)在支持MBMS业务时，用于承载多小区的广播信息PCFICH(PhysicalControlFormatIndicatorChannel)用于指示同一子帧中PDCCH占用的符号数信息PDCCH(PhysicalDownlinkControlChannel)承载下行调度信息PHICH(PhysicalHybridARQIndicatorChannel)承载HARQ信息14下行物理信道上行物理信道

传输信道的信道编码传输信道编码方案编码速率UL-SCH/DL-SCHTurbocoding1/3PCH/MCHBCHTailbitingconvolutionalcoding1/3RACHN/AN/A控制信息编码方案编码速率DCITailbitingconvolutionalcoding1/3CFIBlockcode1/16HIRepetitioncode1/3UCIBlockcodevariableTailbitingconvolutionalcoding1/35G物理信道——编码方式15控制信息的信道编码

下行物理信道的调制方式上行物理信道的调制方式物理信道调制方式PDSCHQPSK,16QAM,64QAMPMCHQPSK,16QAM,64QAMPDCCHQPSKPBCHQPSKPCFICHQPSKPHICHBPSK物理信道调制方式PUSCHQPSK,16QAM,64QAMPUCCHBPSK，QPSKPRACHN/A5G物理信道——调制方式16加扰加扰前后的比特数不变。PDCCH比较特殊。调制编码效率根据不同的调制方法而不同。

QPSK:L=2；16QAM:L=4；64QAM:L=6。5G物理信道——物理信道的基本处理过程17物理信道调制方法PDSCH/PMCHQPSK,16QAM,64QAMPBCH/PCFICH/PDCCHQPSKPHICHN/A层映射码字数q，层数v，天线端口数P，每层的符号数，输入 ，输出。单天线的层映射(v=1)

空间复用的层映射(q=1,2，v≤P)传输分集的层映射(q=1，v=P)5G物理信道——物理信道的基本处理过程18预编码

层映射的输出作为输入，每个天线端口p上的输出表示为。在单天线上传输的预编码(p=1)，，空间复用的预编码(p=2,4)传输分集的预编码5G物理信道——物理信道的基本处理过程19（CDD较小或等于0）（CDD较大）（P=2）（P=4）映射到资源元素每个天线端口处，复值符号从开始，映射到指定的虚拟传输块上用于传输参考信号的资源块不被映射先k后l，然后按照时隙和子帧依次映射PRACH和PBCH映射在中心6个RB5G物理信道——物理信道的基本处理过程20

生成信号对于上行，为每个天线端口生成复值时域的SC-FDMA符号对于下行，为每个天线端口生成复值时域的OFDMA符号5G物理信号21下行物理信号包括参考信号（Referencesignal）和同步信号（Synchronizationsignal）下行参考信号包括下面3种：小区特定（Cell-specific）的参考信号：与非MBSFN传输关联MBSFN参考信号：与MBSFN传输关联UE特定（UE-specific）的参考信号：与波束赋型传输关联下行同步信号包括下面2种：主同步信号（Primarysynchronizationsignal）辅同步信号（Secondarysynchronizationsignal）上行物理信号包括参考信号（Referencesignal）上行链路支持两种类型的参考信号：解调用参考信号（Demodulationreferencesignal）：与PUSCH或PUCCH传输有关探测用参考信号（Soundingreferencesignal）：与PUSCH或PUCCH传输无关小区专用参考信号映射到资源元素一个时隙里任何一个天线端口用于传输参考信号的资源元素在同一时隙中其他任何天线端口都不能使用，并要设为05G物理信号——小区专用参考信号225G物理信号——MBSFN参考信号23

MBSFN参考信号在分配给MBSFN传输的子帧上传送。使用天线端口4。extendedcyclicprefixΔf=15kHzextendedcyclicprefixΔf=7.5kHz5G物理信号——用户专用参考信号24常规CP15kHz扩展CP，15kHz

UE专用参考信号仅适用于帧结构Type2支持PDSCH的单天线传输使用天线端口5由高层配置使用方法主同步信号序列的生成一个小区中的主同步信号在3个不同序列中选择3个序列和一个物理层小区id组下的3个物理层小区id有一一对应的关系由频域Zadoff-Chu序列产生辅同步信号序列的生成两个长度为31的二进制交错级联产生二进制序列是由生成长31的M序列循环移位得到级联的序列由主同步信号给出的扰码序列进行加扰物理层小区id有504个，物理层小区id组有168个，每组中有3个id5G物理信号——下行同步信号255G物理信号——下行同步信号26FS1，常规CPFS2，常规CP主同步信号在DwPTS域发送辅同步信号在子帧0的最后一个OFDM符号发送主同步信号仅仅在时隙0和时隙10中发送辅同步信号仅仅在时隙0和时隙10中发送PUSCH用解调参考信号用作求取信道估计矩阵使用Zad-offChu序列生成，产生之后直接映射到资源元上，不作任何编码的处理占用每一个Slot中的第4个SC-FDMA符号，其频域宽度与PUSCH占用的PRB一致，频域上连续不同用户使用参考信号序列的不同循环移位值进行区分Sounding参考信号用作上行信道质量的估计与信道选择，计算上行信道的CINR，用于上行信道调度，独立进行发射5G物理信号——上行参考信号27常规CP5G物理信道与信号——物理资源的总体映射 主辅同步信号、导频信号、广播信息映射位置是固定的，控制格式指示信息的位置可以估算出，也基本上是固定的。一般来说，先映射以上固定信息；再按照广播信息规定的HARQ指示信息位置，映射HARQ指示信息；然后在相应的控制符号内其他的RE上，映射控制信息；最后把业务信息映射到剩余的RE上。（1）确定系统参数；（2）参考符号的物理资源映射；（3）同步信号的物理资源映射；（4）PBCH符号的物理资源映射；（5）PCFICH符号的物理资源映射；（6）PHICH符号的物理资源映射；（7）PDCCH符号的物理资源映射；（8）PDSCH（PMCH）符号的物理资源映射。285G物理信道与信号——物理资源的映射示例29小区搜索步骤：搜索PSCH，确定5ms定时、获得小区ID解调SSCH，取得10ms定时，获得小区ID组计算得出小区物理层小区标识检测小区下行参考信号，获取BCH的天线配置读取PBCH的系统消息（PCH配置、RACH配置、邻区列表等）5ms定时，获得10ms